数学真理穿越时空!1个“永恒比例”模型+3重变式,打通你的举一反三思维:典型例题精讲
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2025-12-20
💡 阿星精讲:真理永恒 的本质
嘿,同学!我们常说“真理永恒”,在数学世界里,这意味着什么?就像阿星引用的那个绝妙的比喻:超越时空。帝国会崩塌,恒星会熄灭,但勾股定理 \(a^2+b^2=c^2\) 在 100 亿年前和 100 亿年后,在地球和仙女座,永远成立。
这揭示了一个深刻的数学思想:特定对象(如数字、图形)会变化,但它们之间的“关系”和“规律”是永恒不变的。一个比例关系 \( \frac{a}{b} = k \) ,无论 \(a\) 和 \(b\) 代表的是古埃及金字塔的边长,还是未来星际飞船的航速比,这个比例 \(k\) 一旦确定,就永远不会失效。今天,我们就通过一个关于“永恒比例”的经典模型,来掌握这种洞察力。
🔥 经典例题精析
题目:已知 \(y\) 与 \(x\) 成正比,且当 \(x = 2\) 时,\(y = 8\)。
(1) 写出 \(y\) 与 \(x\) 之间的函数关系式。
(2) 当 \(x = 5\) 时,求 \(y\) 的值。
(3) 当 \(y = 20\) 时,求 \(x\) 的值。
阿星拆解:
第一步:锁定永恒关系。 “\(y\) 与 \(x\) 成正比”是本题的“永恒真理”。它的数学表达式是:\(y = kx\) (其中 \(k eq 0\) 为常数)。这个关系式就像勾股定理一样,无论 \(x, y\) 如何取值,都永远成立。
第二步:校准永恒常数。 已知一组对应的具体数值 \(x = 2\), \(y = 8\)。将它们代入永恒关系式:\(8 = k \times 2\),解得 \(k = 4\)。至此,我们得到了在这个具体情境下“永恒不变”的关系:\(y = 4x\)。
第三步:运用真理求解。
(2) 将 \(x = 5\) 代入 \(y = 4x\),得 \(y = 4 \times 5 = 20\)。
(3) 将 \(y = 20\) 代入 \(y = 4x\),得 \(20 = 4x\),解得 \(x = 5\)。
口诀:正比关系是王道,\(y=kx\) 要记牢。一组对应定 \(k\) 值,代入求值错不了。
🚀 举一反三:变式挑战
在遥远的仙女座星系,一种晶体“星芒”的密度恒定。已知其质量 \(m\) (克) 与体积 \(V\) (立方厘米) 成正比。当体积 \(V = 3\) 时,质量 \(m = 27\)。
(1) 求这种晶体的密度 \(ρ\) (即关系式)。
(2) 求体积为 \(10\) 时的质量。
地球上的物理定律同样永恒:弹簧的伸长长度 \(ΔL\) (厘米) 与所受拉力 \(F\) (牛顿) 成正比。若拉力为 \(8\) 牛顿时,弹簧伸长 \(2\) 厘米。
(1) 写出 \(ΔL\) 与 \(F\) 的关系式。
(2) 若要使弹簧伸长 \(5\) 厘米,需要施加多大的拉力?
如图,直角三角形 \(ABC\) 的面积为 \(24 \text{ cm}^2\),且 \(BC\) 边上的高 \(AD\) 的长度固定。
(1) 说明 \(BC\) 边的长度 \(a\) 与这边上的高 \(h\) 成什么比例关系?并写出关系式。
(2) 若 \(BC = 8\),求高 \(h\) 的值。
(提示:三角形面积公式是永恒真理 \(S = \frac{1}{2} \times \text{底} \times \text{高}\))
答案与解析
经典例题:
(1) 设 \(y = kx\),代入 \(x=2, y=8\) 得 \(8=2k\),故 \(k=4\)。关系式为 \(y = 4x\)。
(2) 当 \(x=5\) 时,\(y=4 \times 5 = 20\)。
(3) 当 \(y=20\) 时,\(20 = 4x\),解得 \(x=5\)。
变式一:
(1) 由 \(m = ρV\),代入 \(V=3, m=27\) 得 \(27 = 3ρ\),故 \(ρ=9\)。关系式为 \(m = 9V\)。
(2) 当 \(V=10\) 时,\(m = 9 \times 10 = 90\) (克)。
变式二:
(1) 设 \(ΔL = kF\),代入 \(F=8, ΔL=2\) 得 \(2 = 8k\),故 \(k = \frac{1}{4}\)。关系式为 \(ΔL = \frac{1}{4}F\)。
(2) 当 \(ΔL = 5\) 时,\(5 = \frac{1}{4}F\),解得 \(F = 20\) (牛顿)。
变式三:
(1) 由三角形面积公式 \(S = \frac{1}{2}ah\)。本题中面积 \(S=24\) 是定值,所以 \(\frac{1}{2}ah = 24\),即 \(ah = 48\)。因此,底 \(a\) 与高 \(h\) 成反比例关系,关系式为 \(a = \frac{48}{h}\) 或 \(h = \frac{48}{a}\)。
(2) 当 \(a = BC = 8\) 时,代入 \(ah=48\) 得 \(8h=48\),解得 \(h=6\) (厘米)。
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